地球与宇宙科学领域的课程教学设计与实施

张琦

科学课程视野中的地球与宇宙科学领域

2016 年，习近平总书记在首个“中国航天日”到来之际作出重要指示，强调要“激发全民尤其是青少年崇尚科学、探索未知、敢于创新的热情，为实现中华民族伟大复兴的中国梦凝聚强大力量”。2019 年，习近平总书记发表了题为《共谋绿色生活，共建美丽家园》的重要讲话，强调“順应自然、保护生态的绿色发展昭示着未来”“地球是全人类赖以生存的唯一家园”。

宇宙与地球科学在探索宇宙空间、应对全球气候变化、防灾减灾、解决资源短缺和环境污染、建设生态文明等关乎国家环境、经济、社会可持续发展和人民身体健康的诸多重大领域，发挥着重要的作用。在义务教育阶段，科学课程中的地球与宇宙科学领域是落实习近平生态文明思想的重要载体，旨在引导学生探索浩瀚星空，认识不同层次的天体系统;理解人与自然是生命共同体，树立敬畏自然、顺应自然和保护自然的人地协调观。因此，从事科学教育的教师需要在价值观上达成共识，充分认识到地球与宇宙科学领域在科学课程中的重要性。

地球与宇宙科学领域的内容设计

指向课程素养目标的内容设计有不同的层次：在凝练核心概念的基础上，精选学习内容和内容要求，明确学业要求，最后针对教师提出的教学策略和学习活动建议。其中，学业要求是指学生在完成了本概念的学习后，在课程素养目标的4 个不同维度应该具备的行为表现。

领域核心概念的演变

在2011 版的初中（7—9 年级）科学课程标准中，地球与宇宙科学领域有2 个主题：①地球在宇宙中的位置，包括星空、太阳系与星际航行、银河系和宇宙3 部分内容;②人类生存的地球，包括地球、地壳运动和地形变化、土壤、水体、天气和气候5 部分内容。

在2017 版的小学（1—6 年级）科学课程标准中，地球与宇宙科学领域包括3 个主要概念：①在太阳系中，地球、月球和其他星球有规律地运动着;②地球上有大气、水、生物、土壤和岩石，地球内部有地壳、地幔和地核;③地球是人类生存的家园。

本次义务教育科学课程标准设置的学科核心概念，是所有学生在1—9 年级应该掌握的核心学习内容。秉持传承与创新的原则，基于科学课程的性质、理念和核心素养要求，地球与宇宙科学领域提出了“宇宙中的地球”“地球系统”和“人类活动与环境”3 个统领1—9 年级的核心概念（图1）。3 个核心概念符合国际科学教育发展趋势，语言表达更为精炼，也更好地衔接高中地理分科教学的要求。

领域学习内容的重构

以“宇宙中的地球”这一核心概念为例。基于现行的小学和初中科学课程标准，在与国外科学课程同领域学习内容进行比较研究的基础上，“宇宙中的地球”从行星地球出发，逐渐扩展到地月系、太阳系、银河系，再到整个宇宙。这样的变化没有改变1—9 年级的主要学习内容，但逻辑线索更加清晰，由近及远，由简单到复杂，有序地呈现地球所处的不同层次的宇宙环境。

小学阶段重点关注地球、月球和太阳系统，比如为什么地球绕地轴的自转决定昼夜交替，地球围绕太阳的公转形成了四季更替。这些都是与学生日常生活最密切的与天体运动相关的自然现象。小学阶段的学习为学生到初中阶段认识整个更大尺度的宇宙空间奠定基础（图2）。

同时，为了更好地回应当前我国建设航天强国的大背景，本次修订结合科技发展前沿，新增了人类探索太空的学习内容，引导学生关注我国在天文观测、深空探测等相关领域的最新进展，比如“了解人造卫星和载人航天的历史，知道太空环境对人体健康的影响，关注我国航天事业的进展（5—6 年级）”“了解人造卫星的主要类型和应用;了解开发太空资源和外层空间面临的挑战，关注我国空间站建设和深空探测事业的进展（7—9 年级）”等，旨在激发学生探索太空的好奇心，增强民族自信心和自豪感。

领域内容要求的学习进阶设计

培育核心素养的课程，不能依然保持以知识点为序列的内容组织逻辑，而是要以大观念、大任务或大主题重构课程内容;既要遵循学科逻辑，又要重视学习逻辑;围绕素养培养， 纲举目张，实现课程内容“少而精”（王湛，2021）。

为了避免罗列海量知识，达成课程内容“少而精”的依据是什么呢？本次地球与宇宙科学领域主要是基于学生的认知发展规律、学生已有的知识基础、学生的生活经验，对接高中地理分科学习要求，以及上一版课程标准使用的调研反馈意见与国际科学课程比较的研究结果，精选内容要求，合理安排学习进阶;根据由浅入深、由表及里、由易到难的原则，规划适合不同学段的螺旋上升的内容要求（图3）。

在对现行科学课程标准和教材的使用情况进行调研的过程中发现，地球与宇宙科学领域的“月相”是教师教学和学生学习的难点之一。下面以“月球是地球的卫星”为例，说明内容要求的学习进阶设计（表1）。

比如，2017 版小学科学课程标准在1—2年级要求学生“描述月相的变化现象”，本次修订将其改为“描述每天观察到的月亮形状是变化的”，强调学生在教师的指导下，通过长期观察，获得关于月球亮面的形状是变化的这一认识，并不直接出现“月相”二字。3—4 年级在修订后强调月球是地球的天然卫星，以区别于人造机器卫星，这样的文字表达更加准确;根据调研意见反馈，删除了“描述月相变化的规律”。在5—6 年级，修订后要求学生知道新月、上弦月、满月、下弦月4 种典型的月相，并能说明月相的变化情况。本次修订到7—9 年级才要求学生通过认识地球、月球和太阳之间的相对运动，形成对月相变化规律的认识，并且要求学生能够通过三球仪模型解释日食和月食的成因。

总之，2022 年版科学课程标准的修订围绕核心素养要求，精选学习的内容要求，注重知识的结构化，以解决真实情境下的复杂问题为导向，按照学习进阶的思想设计多样化的探究实践活动，激发学生的学习动机，助力学生形成可迁移的科学思维能力。

地球与宇宙科学领域落实核心素养的主要路径

变革教学方式是落实核心素养最重要的路径之一。以“宇宙中的地球为例”，突显领域特色的教学方式主要包括以下3 种。

持续观察 如引導学生直接用肉眼观察或借助简单仪器，观察天体运行、昼夜更替、季节变化和星座等，注重观察的长期性。同时，结合图文和视频等资料，采用口述、文字、图表等方式分享交流观察到的第一手信息。

模型建构 如引导学生通过制作简单的实物模型，把大尺度的天体运动具象化，理解地球的自转与昼夜交替、公转与季节更替、月相的周期性变化等与天体运行相关的自然现象，培养学生模型建构的思想和运用模型解释现象的能力。

多媒体资源整合 如利用纪录片、短视频、手机应用程序等在线教学资源，以及社区的科技馆和天文台等户外学习场所，建立动态的、开放的课程教学资源库，拓展学生的视野，激发探究兴趣，丰富学习体验。

地球与宇宙科学领域跨学科概念的学习

跨学科概念是指模糊了不同学科或领域边界，在多个学科或领域中普遍适用的，能反映其内在统一性的相对稳定的概念（李春艳，2016）。本次科学课程标准修订提出了物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4 个跨学科概念。强调跨学科概念的学习，一是因为其体现了各科学领域之间客观存在的共通性，可以使学生更好地把握科学的整体连贯性;二是希望借此促进学生对不同领域知识的迁移和应用（高云峰，2021）。

在地球与宇宙科学领域，教师有很多机会依托课程标准的内容要求，帮助学生在掌握本领域核心概念的基础上学习跨学科概念，以形成对自然现象更完整和更深入的理解。

以核心概念“地球系统”中的“水循环”内容要求为例。水循环是地球表层系统中最重要的物质循环之一，太阳辐射和地球重力作用是水循环的驱动力（图4）。在太阳能的作用下，海洋表面的水受热蒸发形成水汽。水汽随大气运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下释放热量以雨雪等降水形式到达地面。然后转化为地下水、土壤水和地表径流，其中地下径流和地表径流最终又回到海洋。在蒸发的过程中，太阳能转化为水的重力势能;在形成降水的过程中，重力势能转变为雨水及河流的动能。在能量转化的同时，通过水循环，海洋不断向陆地输送淡水，补充和更新陆地上的河流、湖泊、冰山等水体，从而使水成为可再生资源。与此同时，水循环通过河流的侵蚀、搬运和堆积等作用，推动了地表物质的迁移，塑造了丰富多彩的地表形态。

参考文献

[1] 李春艳. 中学地理课程中的概念建构与学习进阶[J]. 课程·教材·教法，2016，36（04）：38-43.

[2] 义务教育科学课标修订组. 义务教育科学课标（2022 年版）解读[M]. 北京：高等教育出版社，2022..